【嵌入式学习-STM32F103-TIM-编码器接口】

本质

编码器测速相当于测频法测正交脉冲的频率，CNT计次，每隔一段时间取一次计次。高级，它是带方向的计次。

手册

编码器接口简介

通过定时器的编码器接口来实现自动计次。之前的代码是通过触发外部中断，然后在中断函数里手动进行计次。使用编码器接口的好处就是节约软件资源。对于频繁执行，操作简单的任务，一般设计一个硬件电路模块来自动完成。

使用定时器的编码器接口，再配合编码器，就可以测量旋转速度和旋转方向。编码器测速一般应用在电机控制的项目上。使用PWM驱动电机，再使用编码器测量电机的速度，然后再使用PID算法进行闭环控制。

编码器的工作流程：根据编码器旋转产生的正交信号脉冲，自动控制CNT自增或自减，从而只是编码器的位置、旋转方向和旋转速度

这是一个编码器，它有两个输出，一个是A相，一个是B相，然后接入到stm32，定制起的编码器接口，编码器接口自动控制定时器时基单元中的CNT计数器进行自增或自减。比如初始化后，CNT初始值为0，然后编码器右转，CNT就++，右转产生一个脉冲，CNT就加一次，比如右转产生10个脉冲停下来，那么CNT就由0自增到10，停下来。编码器左转，CNT就–，左转产生一个脉冲，CNT减一次，如编码器左转产生5个脉冲，CNT就在原来10的基础上自减5停下来。

正交编码器(输出两个相位相差90°的方波信号)一般可以测量位置，或者带有方向的速度值，它一般有两个信号输出引脚，一个是A相，一个是B相，当编码器的旋转轴转起来，A和B相会输出方波信号，转的越快，方波的频率就越高，所以方波的频率就代表了速度。取出任意一相的信号来测量频率，就能知道旋转速度。

方向：当正转时，A相提前B相90度，反转时，A相滞后B相90度。接口：一个带有方向控制的外部时钟
使用正交信号精度更高，AB相都可以计次，相当于计次频率提高了一倍，还可以加抗噪声电路。

首先把A相和B相的所有边沿作为计数器的计数时钟，出现边沿信号时，就计数自增或自减，自增或自减的计数方向由另一相的状态来决定。查下表即可。

编码器接口有两个输入端，分别要接到编码器的A相和B相，有两个网络标号分别写的是TI1FP1和TI2FP2

可以看出这个编码器接口的两个引脚，借用了输入捕获单元的前两个通道，所以最终编码器的输入引脚是定时器的CH1和CH2这两个引脚

信号的通路如下（与CH3和CH4无关 ），编码器接口使用CH1和CH2的输入捕获滤波器和边沿检测，但没有使用后面的是否交叉、预分频器和CCR寄存器

编码器接口的输出部分就相当于从模式控制器，去控制CNT的计数时钟和计数方向，如果出现了边沿信号，并且对应另一相的状态为正转，则控制CNT自增，否则控制CNT自减。

注意：72MHZ内部时钟（CK_PSC）和在时基单元初始化设置的计数方向(上图的+/-)并不会使用，因为此时计数时钟和计数方向都处于编码器接口托管的状态，计数器的自增和自减受编码器的控制

编码器接口基本结构

输入捕获的前两个通道，通过GPIO口接入编码器A、B相，通过滤波器和边沿检测极性选择，产生TI1FP1和TI2FP2，通向编码器接口，编码器接口通过预分频器控制CNT计数器的时钟，同时，编码器接口还根据编码器的旋转方向，控制CNT的计数方向，编码器正转时，CNT自增，编码器反转时，CNT自减，ARR有效，一般我们设置ARR为65535，最大量程。补码：65535对应-1，依此类推（读出数据，得到负数的技巧）

工作细节和例子

在两相边沿计数，计数精度高（一般使用该模式）
正转

正转的状态都向上计数，反转的状态的都向下计数。

实例图1（向上计数、向下计数、正交编码器抗噪声）

如果出现了一个引脚不变，另一个引脚连续跳变多次的毛刺信号，计数器就会加、减、加、减来回摆动，最终计数值还是原来那个数，并不受毛刺噪声的影响。正交编码器抗噪声的原理

实例2（TI1反相，TI2不反相）极性

编码器接口测速

硬件接线图

计划用TIM3接编码器，所以需要接在PA6和PA7这两个引脚上。

编程步骤

第一步，RCC开启时钟，开启GPIO和定时器的时钟

第二步，配置GPIO，将PA6和PA7配置成输入模式

第三步，配置时基单元，这里预分频一般选择不分频

第四步， 配置输入捕获单元，只需要配置滤波器和极性两个参数

第五步，配置编码器接口模式

最后，调用TIM_Cmd启动定时器

电路初始化完成后，CNT就会随着编码器旋转而自增自减，如果想要测量编码器的位置，直接读出CNT的值即可，如果想要测量编码器的速度和方向，那就需要每隔一段固定的闸门时间，取出CNT，然后把CNT清零。

上拉输入还是下拉输入的选择

一般可以看一下接在这个引脚的外部模块输出的默认电平，如果外部模块空闲默认输出高电平，我们就选择上拉输入，默认输入高电平，如果外部模块默认输出低电平，我们配置下拉输入，默认输入低电平。总结，将需要配置电平的位置和外部模块保持默认状态一致，防止默认电平打架。

如果不确定外部模块输出的默认状态或者外部信号输出功率非常小，这时尽量选择浮空输入，浮空输入没有上下拉电阻去影响外部信号，缺点是当引脚悬空时，没有默认电平，输入就会受噪声干扰，来回不断跳变。

实验现象

测位置

A、B相各出现了一个下降沿和上升沿，所以计次总共加了4次。

如果转到0，再往左转，0自减，计数器反向溢出，回到自动重装值，65535，然后继续往下减。

如果我们想让0自减为-1，直接把uint16_t类型强制转换成int16_t即可

极性问题

硬件方面：对换AB相接线即可
软件方面：通过修改两个输入通道的极性，把任意一个极性反转一下，方向就会反过来

测速度

如果想让编码器测速度，可以在固定的闸门时间读一次CNT，然后把CNT清零，此时CNT的值代表速度，单位是脉冲个数/S

代码

1、通过Delay实现闸门时间，如果程序没有其他东西，可以这么做
2、如果有其他东西，最好不要在主循环加入过长的Delay函数，这样会阻塞主循环的执行，比较好的方法时使用定时中断，这里的定时中断是每隔1s执行一次，可修改定时中断的时间，来调整闸门时间。

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"
#include "Encoder.h"
//全局变量
uint16_t Speed;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Timer_Init();
	Encoder_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
	
	while (1)
	{
		//在主循环里每隔一段时间get一次CNT值，可快速刷新Speed
		OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 5);
		//OLED_ShowSignedNum(1, 7, Encoder_Get(), 5);
		//Delay_ms(1000);//1s  （最好将闸门时间弄短，提高速度刷新频率，防止计数器溢出）
		//因为每一秒都会清零，CNT最多是1妙内的值，就是速度
		//CNT的值代表速度，单位是脉冲个数/s
		
		
	}
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		//每隔一秒读取一下速度，存在speed变量里
		Speed = Encoder_Get();
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

Encoder.c

如果想要测量编码器的位置，直接读出CNT的值就可以
如果想要测量编码器的速度和方向，需要每隔一段固定的闸门时间，取出一次CNT，然后再把CNT清零（测频法测量速度）

#include "stm32f10x.h"

//编码器接口初始化
void Encoder_Init(void)
{
	//1、开启时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);  //由于代码需要TIM2输出PWM，因此，输入捕获定时器需要换一个
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	//2、配置GPIO
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;	//PA6和PA7	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//3、配置时基单元
	//TIM_InternalClockConfig(TIM3);  //定时器内部时钟配置不需要，因为编码器接口会托管时钟，编码器接口就是一个带方向控制的外部时钟
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //向上计数，这个计数值是由编码器托管的，它暂时没有用到
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65535 - 1;		//ARR周期，给最大值，防止溢出，16位计数器可以满量程计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;		//PSC，不分频，编码器时钟，直接驱动计数器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);  //把以上参数配置为TIM3的时基单元
	//4、初始化输入捕获单元
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	//输入捕获单元并没有全部使用到，编码器接口只使用了通道1和通道2的滤波器和极性选择，因此只需要配置这两部分的参数即可
	//由于无需配置两个参数，因此结构体配置不完整，又为了防止结构体中出现不确定值可能会造成问题，默认配置
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStruct);
	//通道1
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_1;  //选用TIM3的通道1
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;   //用于选择输入捕获的滤波器
	//由于待会配置编码器接口时有配置极性选择，所以此处属于重复配置，因此可省略
	//TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;  //上升沿参数代表的是高低电平极性不反转，也就是TI1和TI2是否反相
	//TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;  //不分频就是每次触发都有效，2分频就是每个一次有效一次，以此类推
	//TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //配置数据选择器，可以选择直连通道或者交叉通道
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStruct);
	
	//通道2
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_2;  //选用TIM3的通道1
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;   //用于选择输入捕获的滤波器
	//TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;  ，与5编码器接口配置重复配置，因此这里可删掉，同一由配置编码器接口配置即可。
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStruct);
	
	//5、配置编码器接口，只需要调用一个函数即可，保证ICInit在该函数的上面，否则会出现覆盖问题，TI1和TI2都计数
	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising,TIM_ICPolarity_Rising);
	
	//开启定时器
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}
//测位置
//int16_t Encoder_Get(void)
//{
//直接返回CNT的值
//	return TIM_GetCounter(TIM3);
//}
//测速度
int16_t Encoder_Get(void)
{
//因为先读取后清零，因此需要用Temp缓存一下
	int16_t Temp;
	//获取CNT的值
	Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
	//CNT清零
	TIM_SetCounter(TIM3,0);
	//返回temp值
	return Temp;
}

Encoder.h

#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H

void Encoder_Init(void);  //编码器初始化
int16_t Encoder_Get(void);  //获取编码器的位置或速度
#endif

以下是定时中断部分代码，因为利用测频法，因此固定1s定时进入中断一次

Timer.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void Timer_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

/*
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
*/

Timer.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

void Timer_Init(void);

#endif